辐照交联GO/UHMWPE复合材料在人工海水润滑介质下的摩擦学性能研究

为改善超高分子量聚乙烯(UHMWPE)在海水润滑介质下的耐磨损性能,采用氧化石墨烯(GO)填充与辐照交联对UHMWPE进行改性处理。利用摩擦磨损试验机研究了辐照前后UHMWPE与GO/UHMWPE复合材料在人工海水润滑介质下的摩擦学性能,利用扫描电子显微镜(SEM)与三维表面轮廓仪扫描试样磨痕表面形貌,计算其磨损率,并分析了其摩擦磨损机理。结果表明,在人工海水润滑介质下,GO填充与辐照交联改性处理均略微增加了UHMWPE的摩擦因数,降低了磨损率;二者共同使用可以协同增强UHMWPE的耐磨性能,降低复合材料的摩擦因数与磨损率; GO填充显著提高了UHMWPE的抗磨粒磨损与抗疲劳磨损性能;辐照交联改性处理进一步提高了GO/UHMWPE复合材料的抗磨粒磨损性能。     

VE扩散对加速老化辐照GO/UHMWPE复合材料生物摩擦学性能的影响

采用热压成型结合低温扩散(120℃)的方法制备了维生素E(VE)-辐照氧化石墨烯/超高分子量聚乙烯(GO/UHMWPE)复合材料，并且，采用加速老化的方法(80℃,21 d)对其进行了进一步处理。利用摩擦磨损试验机和扫描电子显微镜(SEM)等仪器研究了复合材料生物摩擦学性能的变化，计算摩擦因数和磨损率，分析了磨痕表面形貌及减摩耐磨机理。研究结果表明，加速老化处理后，复合材料的摩擦因数和磨损率分别增大了87.4%和99.5%,生物摩擦学性能明显降低；当加速老化处理过程中存在VE时，复合材料的摩擦因数和磨损率分别降低了33.7%和26.4%,生物摩擦学性能得到显著改善；加速老化处理导致复合材料表面出现疲劳磨损和磨粒磨损2种磨损形式，而VE具有明显的减摩作用。     

增强改性UHMWPE材料在水润滑条件下的磨损性能研究

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)由于其优异的自润滑特性、较好的耐磨性和耐腐蚀性等性能,被认为是一种较为适合的水润滑条件下的摩擦副材料。为了提升超高分子量聚乙烯在水润滑条件下的耐磨损性能,采用填充氧化石墨烯(GO)和辐照处理改善UHMWPE的耐磨损性能。采用接触角测量仪对试样进行了接触角测量。采用摩擦磨损试验机在水润滑条件下研究了辐照前后UHMWPE和UHMWPE/GO复合材料的磨损性能,并利用场发射扫描电镜(SEM)观察磨损后表面形貌。结果表明,GO的加入降低了UHMWPE的接触角,辐照处理也使得UHMWPE和UHMWPE/GO复合材料的接触角降低,提高了材料的湿润性;水润滑条件下,GO填充和辐照处理都能够提高UHMWPE的耐磨性,并且两者的共同作用可以得到抗磨损性能更优的辐照UHMWPE/GO复合材料。     

超高摩尔质量聚乙烯氧化行为对生物摩擦学性能的影响

采用热压成型工艺制备了超高摩尔质量聚乙烯(UHMWPE),测试了加速老化前后辐照交联UHMWPE的力学和生物摩擦学性能的变化.DSC测试结果显示,加速老化后辐照交联UHMWPE的结晶度有所提高;红外光谱分析表明,加速老化后辐照交联UHMWPE的氧化指数大幅度提高;冲压剪切强度测试结果显示,加速老化导致辐照交联UHMWPE的弹性和塑性性能显著降低;摩擦磨损测试结果表明,加速老化后辐照交联UHMWPE的耐磨性能显著降低,并出现大量的压片状破裂.     

Gamma辐照及加速老化对PE-UHMW/GO 纳米复合材料干摩擦磨损性能的影响

采用超声分散,球磨混合和热压成型制备超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)/氧化石墨烯(GO)纳米复合材料,并对其进行Gamma辐照和加速老化处理。采用万能材料试验机测试复合材料的压缩强度,采用摩擦磨损试验机测试复合材料的干摩擦磨损性能。结果表明,辐照的PE-UHMW/GO的压缩强度比未辐照的PE-UHMW/GO增加6.109%,辐照+加速老化的PE-UHMW/GO的压缩强度比辐照的PE-UHMW/GO下降14.747%。GO和辐照增加了PE-UHMW的平均摩擦系数,辐照+加速老化的PE-UHMW/GO的平均摩擦系数最大,其值为0.168。添加GO和辐照降低了PE-UHMW的平均磨损率,辐照的PE-UHMW/GO的平均磨损率最低,为1.666×10-4mm3/(N·m);辐照+加速老化增加了PE-UHMW的平均磨损率,GO能抑制PE-UHMW磨损性能降低。辐照与辐照+加速老化的PE-UHMW/GO的磨损形式主要是疲劳磨损,而辐照+加速老化的PE-UHMW的磨损形式主要为磨粒磨损。     

不同摩擦环境下GO/UHMWPE复合材料摩擦学行为研究

为推动超高分子量聚乙烯(UHMWPE)在医学材料领域的应用,通过模压成型法制备氧化石墨烯(GO)/UHMWPE复合材料,并在干摩擦环境、去离子水及小牛血清中研究复合材料摩擦学行为。结果表明,随着GO的添加,复合材料的硬度明显增加。复合材料的摩擦系数在干摩擦过程中最大,去离子水过程中次之,小牛血清中最小。此外,同样条件下,GO/UHMWPE复合材料摩擦系数均比纯UHM WPE的大。三种条件下,磨损率与摩擦系数呈现相同的趋势,但是同样条件下,GO/UHMWPE复合材料磨损率明显小于纯UHM WPE。最后结合磨痕表面微观形貌,揭示不同摩擦环境下材料的磨损机制。     

GO填充与老化处理对辐照交联UHMWPE/VE复合材料分子结构的影响

采用改良Hummers工艺制备了氧化石墨烯(GO),通过超声分散、液相球磨混合与热压成型工艺制备了超高摩尔质量聚乙烯/维生素E/GO(UHMWPE/VE/GO)纳米复合材料,在真空环境下采用γ射线对其进行辐照改性处理,并将部分样品置于80℃环境下热氧老化处理21 d。采用扫描电子显微镜(SEM)分析了GO在UHMWPE/VE复合材料基体中的分散性,通过傅立叶红外光谱(FT-IR)、示差扫描量热计(DSC)与凝胶含量实验对样品分子结构进行表征。研究结果表明,GO均匀地分散于UHMWPE/VE复合材料基体中;GO填充提高了辐照交联UHMWPE/VE复合材料的结晶度;GO填充略微降低了材料的凝胶含量;老化处理对辐照交联UHMWPE/VE/GO复合材料的分子结构未有明显影响。     

氧化石墨烯/超高摩尔质量聚乙烯复合材料摩擦磨损性能研究

采用改进的Hummer法制备了氧化石墨烯(GO),采用溶液共混法制备出氧化石墨烯/超高摩尔质量聚乙烯(GO/UHMWPE)复合材料。研究了GO/UHMWPE复合材料的拉伸力学性能和摩擦磨损性能;通过扫描电子显微镜(SEM)观察复合材料的磨损表面,并对其磨损机理进行分析。结果表明,GO的添加提高了GO/UHMWPE复合材料的屈服强度和拉伸强度,降低了其断裂伸长率,其中,当GO质量分数为0.1%时效果最佳;GO填料改善了UHMWPE的抗磨损性能,当GO质量分数为0.1%时,磨损率最低,相比未填充时降低了38.5%。     

UHMWPE的接枝改性及其与Nano-PTFE复合材料的摩擦学性能

通过紫外光引发聚合将全氟烷基乙基甲基丙烯酸酯共聚物(PFAMAE)单体接枝到超高摩尔质量聚乙烯(UHMWPE)上,制备出超高摩尔质量聚乙烯接枝全氟烷基乙基甲基丙烯酸酯共聚物(UHMWPE-g-PFAMAE)。再采用热压成型法制备出UHMWPE-g-PFAMAE/纳米聚四氟乙烯(nano-PTFE)复合材料。采用红外光谱(FTIR)对接枝前后的UHMWPE进行表征,并借助磨损试验机和扫描电子显微镜(SEM)考察了UHMWPE、UHMWPE-g-PFAMAE和UHMWPE-g-PFAMAE/nano-PTFE复合材料的摩擦学性能和机理。结果表明,PFAMAE单体已成功接枝到UHMWPE上;与纯UHMWPE相比,UHMWPE-g-PFAMAE的摩擦因数和磨损率均明显减小;在UHMWPE-g-PFAMAE中加入nano-PTFE后,复合材料的摩擦因数和磨损率进一步降低,当nano-PTFE质量分数为1%时,复合材料的性能最佳。接枝改性有效抑制了纯UHMWPE的磨粒磨损和塑性变形,加入适量的nano-PTFE,UHMWPE-g-PFAMAE/nano-PTFE复合材料仅表现为轻微的疲劳磨损。     

SBF氧化降解对辐照交联GO/VE/UHMWPE复合材料结构和力学性能的影响

采用氧化石墨烯(GO)增强、维生素E (VE)混入超高分子量聚乙烯(UHMWPE)基底材料,通过模压成型工艺制备GO/VE/UHMWPE复合材料,在真空环境下进行γ射线辐照处理,并将部分样品置于模拟体液(SBF)中浸泡6个月。采用差示扫描量热仪(DSC)分析浸泡前后样品的热学性能;利用摩擦试验机(MFT-5000)研究试样力学性能的变化。研究结果表明,辐照交联和GO填充均显著提高试样的结晶度,球压痕硬度和划痕系数;长期浸泡会提高试样的表面结晶度; VE混入和GO填充降低SBF对UHMWPE的氧化降解速率。     

辐照交联超高分子量聚乙烯的生物摩擦学性能研究

采用γ-射线对医用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)进行辐照交联处理,研究了辐照交联对医用UHMWPE力学性能和生物摩擦学性能的影响。结果表明:辐照交联使UHMWPE的结晶度、硬度、弹性性能、抗划痕能力和摩擦磨损性能提高,但降低了UHMWPE的塑性性能。     

GO填充对辐照交联UHMWPE/VE复合材料吸水率及润湿性的影响

通过热压成型工艺制备了超高分子量聚乙烯/维生素E/氧化石墨烯(UHMWPE/VE/GO)复合材料,随后在真空环境下采用γ射线对其进行辐照交联处理,采用红外光谱仪分析了复合材料的分子结构,并利用接触角测量仪测定不同液体在复合材料表面的接触角,分析了其表面润湿性,进而计算出复合材料的表面自由能,同时分析了复合材料吸水率的变化。结果表明:GO填充对辐照处理前后UHMWPE/VE复合材料的分子结构未产生明显影响,GO的添加略微提高了UHMWPE/VE复合材料的吸水率,显著提升了复合材料的润湿性及表面能。     

二硫化钼改性PTFE摩擦磨损性能

干燥过筛聚四氟乙烯(PTFE)、二硫化钼(MoS_2),模压烧结制备MoS_2/PTFE复合材料,研究其摩擦磨损情况。结果表明,MoS_2填充质量分数为0、5%、10%、15%、20%时,复合材料的摩擦因数随转速的增大而增大;在20、40、60、80 r/min转速下,复合材料摩擦因数随MoS_2填充质量分数的增加而增大,当填充量为20%时,各转速下的摩擦因数均达到最大值。填充MoS_2显著降低复合材料体积磨损率,体积磨损率随MoS_2填充质量分数的增加而减小。摩擦过程中,铝合金摩擦面并没有发生擦伤,试样被铝合金硬质微凸体挤压、犁削,MoS_2/PTFE复合材料的磨损机理为磨粒磨损。     

UHMWPE在空气、去离子水及海水中的摩擦特性

采用了往复式摩擦磨损试验机,研究了UHMWPE在空气、去离子水以及海水中分别与轴承钢(GCr15)对摩时的摩擦学行为,并进行了比较。结果表明:UHMWPE在去离子水中摩擦因数(COF)最小,其次是海水介质中,空气中的摩擦因数(COF)最大。磨损率(wear rate)是在去离子水中最小,其次是空气介质中,海水介质中最大。同时对其原理做了简要介绍,以期为UHMWPE材料的开发研究提供参考数据及思路。     

润滑条件对PTFE复合材料摩擦学性能的影响

对3种聚四氟乙烯复合材料与45#钢和表面阳极氧化铝合金配副进行了摩擦性能测试,测定了不同润滑条件下聚四氟乙烯复合材料的摩擦学性能。用扫描电子显微镜观察了聚四氟乙烯复合材料与表面阳极氧化铝合金摩擦磨损后的表面形貌。结果表明:在油润滑条件下,聚四氟乙烯复合材料摩擦因数和磨痕宽度最小,在干摩擦条件下,聚四氟乙烯复合材料摩擦因数最大;在水润滑条件下,聚四氟乙烯复合材料磨痕宽度最大;在油润滑条件下,摩擦表面可形成均匀连续的转移膜和润滑油膜,表面光滑,从而降低了磨损。     

纳米CuO填充UHMWPE基复合材料摩擦学性能的研究

利用MM 200型摩擦磨损试验机研究了不同质量含量的纳米CuO填充UHMWPE基复合材料在干摩擦条件下与45#钢对磨时的摩擦学性能。并利用扫描电子显微镜(SEM)观察分析磨损表面形貌及磨损机理。结果表明,纳米CuO/UHMWPE复合材料的摩擦性能与纯UHMWPE相比大部分均有提高,但耐磨性明显优于后者,纳米CuO在复合材料中的最佳含量在15%～17%左右。     

PTFE复合材料力学性能及摩擦磨损机理的研究

研究了锡青铜粉不同含量的聚四氟乙烯（PTFE）复合材料的摩擦磨损性能,以及添加后对其力学性能的影响,并研究不同润滑介质下的摩擦磨损机理。结果表明：填充锡青铜粉后材料密度增大,邵氏硬度变大,拉伸强度下降;磨损率大幅下降;磨损过程以疲劳磨损为主,在干摩擦条件下伴有磨粒磨损。     

VE扩散改性对UHMWPE/GO复合材料表面性能的影响

采用改良Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),利用热压成型工艺制备了超高分子量聚乙烯(UHMWPE)/GO复合材料,利用维生素E(VE)扩散的方式对复合材料进行了改性处理,并将样品置于80℃环境下加速老化处理21 d。研究了VE扩散改性处理后复合材料的质量变化及其对复合材料表面性能的影响。研究结果表明,经VE扩散改性处理,复合材料的质量明显增加,结晶度及熔点无明显变化; UHMWPE的结晶度略微降低; UHMWPE及其复合材料的抗氧化性能明显提高,氧化指数显著降低。同时,对表面性能变化的原理做了简要介绍,为UHMWPE人工关节材料的开发研究提供了一定的数据。     

混杂短纤维增强聚苯硫醚的老化研究——Ⅱ.滑动摩擦磨损行为

本文研究了在无润滑和水润滑条件下CF/PPS和GF/PPS复合材料老化前后的摩擦学行为,对纤维与树脂之间的协同效应进行了探讨,并提出了线磨损率方面的简易混合公式。结果表明,碳纤维和玻璃纤维增强PPS能显著降低PPS的摩擦系数和磨损率,是一种优良的减磨抗磨材料。热水老化和加速气候老化均无损害PPS复合材料的滑动磨擦性能;在无润滑条件下该体系的摩擦学行为基本符合混合法则,而水润滑条件下却表现出正的混杂效应。     

纳米远红外陶瓷粉填充UHMWPE复合材料的性能研究

利用硅烷偶联剂KH-570改性纳米远红外陶瓷粉,然后利用球磨混合、热压成型工艺制备纳米远红外陶瓷粉/超高摩尔质量聚乙烯(UHMWPE)复合材料。研究了改性纳米远红外陶瓷粉对UHMWPE结晶度、力学性能、摩擦学性能的影响。结果表明,改性纳米远红外陶瓷粉提高了复合材料的结晶度;随着纳米远红外陶瓷粉填充量的增大,拉伸强度和屈服强度先增强后减弱,当纳米远红外陶瓷粉填充质量分数为3%时,其拉伸强度和屈服强度均提高10%以上;纳米远红外陶瓷粉填充有效地改善了UHMWPE的摩擦学性能,当填充质量分数为4%时,磨损率最低,相比纯UHMWPE降低了20%。